Effect of evodiamine and licochalcone E on in vitro adipocyte differentiation and on in vivo obesity-related to diabetes

Abstract

우리 몸에서 과도한 지방 침착 상태인 비만은 제 2형 당뇨와 연관성을 가지고 있으며 이로 인해 심각한 건강 문제까지 초래하게 된다. 본 연구에서는 비만을 조절할 수 있는 새로운 합성물을 찾기 위하여 in vitro에서의 지방세포분화를 이용하여 다양한 천연 합성 물질들을 선별하였다. 이 선별된 합성물들의 효과는in vitro에서의 지방세포분화와 in vivo에서의 비만과 연관된 당뇨에서 조사하였다. In vitro에서의 지방세포분화는 3T3-L1과 C3H10T1/2 세포들을 이용하였고, 분화된 정도를 결정하기 위하여 Oil Red O 염색을 통해 조사되었다. Evodiamine (evo) 연구에서는 vehicle, evo, rosiglitzone (rosi), 또는 evo+rosi를 genetic mutant db/db mice의 복강에 2주 동안 매일 투여하였다. Licochalcone E (lico E) 연구에서는 vehicle 또는lico E를 당뇨가 유발된 diet-induced obesity (DIO) mice의 복강에 2주 동안 매일 투여하였다. 따라서, 본 연구에서는 mice에 14일간 천연 합성 물질 투여 후 희생시켰고, 지방 조직 그리고 간과 같은 실질 장기들과 혈액을 이용하여 분석하였다. Evo와 lico E는 각각 지방세포분화의 억제와 유도의 효과를 나타냈다. In vitro 연구에서 지방생성을 유도 시 evo는 특히 commitment단계와 초기 단계에서 지방 세포분화를 억제하였다. 또한, 3T3-L1 세포에서 evo는 adipocyte molecular marker [peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ), CAAT enhancer binding protein α (C/EBPα), and fatty acid-binding protein (aP2)] 들의 mRNA 발현을 감소시켰다. 반대로 lico E는 특히 초기 단계에 지방세포분화를 유도하였다. In vivo 연구에서 evo는 비만에서의 감소 효과를 보였으나 당뇨에서는 개선 효과를 보지 못했다. 반면, lico E는 비만에서의 감소 효과를 보이지 않았으나 당뇨에서는 개선 효과를 나타냈다. Evo에 의한 비만에서의 감소 효과는 가장 보편적으로 당뇨 약으로 사용되고 있는 rosi의 부작용인 몸 무게의 증가를 극소화 할 수 있을 것이라고 추정한다. 그 결과, db/db mice에서의 evo+rosi 그룹은 몸무게에 대한 부고환 백색지방세포조직 무게의 비율뿐 만 아니라 몸 무게도 감소됨을 보였다. Evo+rosi 그룹에서의 혈당은 rosi 그룹과 유사한 정도로 감소 되었으며, 인슐린 저항성은 rosi 그룹보다 더 많이 개선되었다. 더욱이, 지방 및 글리코겐과 연관된 간장의 병소는 형태학적으로 evo 와 evo+rosi 그룹에서 개선되었다. 항 당뇨 효과를 조사하기 위한 lico E의 in vivo 연구에서, lico E가 당뇨가 유발된DIO mice 에서 혈당을 얼마나 개선시키는지 알아보기 위하여 조사하였다. 당뇨가 유발된 DIO mice에서 혈당과 트리글리세리드는 대조군의 그룹과 비교하여 lico E의 그룹에서 개선되었다. 조직병리학적으로 부고환 백색지방세포조직에서의 지방세포의 크기는 대조군의 그룹과 비교하여 lico E 그룹에서 감소되었고, 이 조직에서 lico E는 PPARγ의 발현과 Akt signaling을 유도하였다. Evo 의 연구 결과에서 evo가 비만에서의 억제 효과를 나타내었고, 또한 인슐린 저항성의 개선된 효과를 보였다. Evo는 낮은 혈당 유지의 효과를 나타내지만 지방형성, 몸무게의 증가 및 간 독성 등에 대한 rosi의 부작용을 개선시켰다. 반면, lico E의 결과에서 lico E가 in vitro에서 지방세포분화를 유도하는 것으로 나타났지만, in vivo에서 비만은 유도하지 않았고, 당뇨에서는 혈당과 지질 신진대사의 개선된 효과를 보였다. 따라서, evo와 lico E의 발견은 당뇨를 개선하기 위한 보충제나 치료상의 물질로서 잠재적으로 이용 될 수 있을 것이라고 제안한다.; Obesity, the state of excess fat deposition in the body, is a serious health problem because it is profoundly associated with type 2 diabetes mellitus. We screened various natural compounds to find new compounds that can regulate obesity using in vitro adipocyte differentiation. We further investigated the effects of these selected compounds on in vitro adipocyte differentiation and in vivo obesity-related to diabetes. Adipocyte differentiation was investigated in vitro using 3T3-L1 and C3H10T1/2 cells. In order to determine the degree of differentiation, Oil Red O staining was carried out. In the evodiamine (evo) study, db/db mice were treated intraperitoneally once per day with vehicle, evo, rosiglitazone (rosi), or evo+rosi for 2 weeks. In the licochalcone E (lico E) study, diet-induced obesity (DIO) mice with diabetes were treated intraperitoneally once per day with vehicle or lico E for 2 weeks. In the studies, the mice were sacrificed after 14 days and the blood, parenchymal organs such as liver and adipose tissue were analyzed. Evo and lico E were shown to inhibit and induce of adipocyte differentiation, respectively. In in vitro study, the presence of evo during adipogenic induction demonstrated to inhibit adipocyte differentiation to a significant degree, particularly at the commitment and early induction stages. Also, evo exerts an inhibitory effect on the mRNA expression of adipocyte molecular markers [peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ), CAAT enhancer binding protein α (C/EBPα), and fatty acid-binding protein (aP2)] in 3T3-L1 cells. In contrast to evo, lico E induced adipocyte differentiation, particularly at early induction stages. In in vivo study, treatment of evo was effective in obesity but not in diabetes and treatment of lico E is not effective in obesity but in diabetes. We hypothesized that the inhibitory effect of evo on obesity might minimize the side effect, increased body weight, of rosi, most common that used to treat diabetes. The results, the evo+rosi group of db/db mice still showed significant reductions in body weight gain as well as the ratio of epididymal white adipocyte tissue (EWAT) weight to body weight. In the evo+rosi treatment, blood glucose levels were reduced to a degree similar to that of the rosi group, and plasma insulin levels were reduced significantly better than that of rosi group. Furthermore, hepatic lesions associated with fat and glycogen deposition were morphologically improved in the evo and evo+rosi groups. In in vivo study of lico E, in an effort to explore the antidiabetic effects of lico E, we attempted to determine how lico E improves glucose tolerance in mice with diet-induced diabetes. The blood glucose levels and triglyceride levels in DIO mice with diabetes were improved significantly in the lico E group, as compare to that of the control group. Histopathologically, adipocyte size was reduced markedly in EWAT of the lico E group. In epididymal white adipocyte tissue, lico E was shown to induce PPARγ expression and to stimulate Akt signaling. The results of evo study showed that evo exerts an inhibitory effect on obesity, and also an improvement effect on insulin resistance. Evo improves the undesirable effects of rosi, including adipogenesis, body weight gain, and hepatotoxicity, while preserving its desirable blood glucose-lowering effect. On the other hand, the results of lico E showed that lico E exerts an induction on in vitro adipocyte differentiation but not on in vivo obesity, and an improvement effect on glucose tolerance and lipid metabolism in diabetes. Taken together, our findings of evo and lico E suggest that these natural compounds may potentially prove useful as a supplements and therapeutic agent to ameliorate the diabetes state.